水下弹性壳体结构声辐射快速预报方法研究

摘要

本文重点开展了有限长弹性壳体水下声辐射快速预报方法研究，所研究的结构模型是一两端带半球帽的有限长弹性圆柱壳。在预报过程中，壳体外表面的法向振速为已知，然后利用边界元技术对声场进行快速预报。为了达到快速预报的目的，采用了以下三种方法： 1、系数矩阵预计算。确定结构的网格后，对系统进行预计算，得出壳体结构各个频率下的表面声场的系数矩阵以及辐射场系数矩阵，并将系数矩阵计算结果存入数据库。 2、声场预报。在进行水下声辐射快速预报时，根据壳体表面的振动数据和数据库中的系数矩阵，利用边界元技术计算外壳的表面声压，并进一步预报壳体的辐射声功率、声源级、近场声压分布和远场指向性等。 3、频率插值。对于宽带信号，几乎不可能计算每个频率点上的系数矩阵，故预计算时只计算出若干个主频率点上系数矩阵，然后采用频率插值得出其它频率点上的系数矩阵。最后，再根据这些系数矩阵，结合结构表面的振动分布，利用边界元技术预报辐射声场，从而可大大提高计算速度。 在实现快速预报的基础上，研究了结构表面测点密度、表面声压、法向振速相位等因素对辐射声场预报误差的影响。本文的研究结论对复杂弹性壳体的水下辐射声场的快速预报具有一定的借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1论文背景

1.2弹性结购水下振动声辐射研究方法概述

1.2.1解析方法

1.2.2数值方法

1.2.3实验方法

1.3本文的研究方法

1.4本文的研究内容

第2章有限元和边界元的基本理论

2.1有限元用于流体-结构耦合分析的基本理论

2.2辐射声场的表示式

2.3边界元法的基本理论

2.3.1积分表面离散化

2.3.2表面积分数值计算方法

2.4边界元算法中的矩阵求逆

2.5本章小结

第3章有限弹性壳体的结构振动分析

3.1球壳真空中有限元分析

3.1.1计算模型简介

3.1.2数值计算及结果分析

3.2球壳水下受激振动有限元分析

3.2.1水下球壳受激振动解析解的基本公式

3.2.2球壳水下振动的有限元模型

3.2.3数值计算及结果分析

3.3两端带半球帽圆柱壳真空中有限元分析

3.3.1圆柱壳真空中振动的有限元计算模型

3.3.2两端带半球帽圆柱壳真空中的模态分析

3.3.3两端带半球帽圆柱壳真空中的谐响应分析

3.4两端带半球帽圆柱壳水下受激振动有限元分析

3.4.1圆柱壳水下振动的有限元计算模型

3.4.2数值计算及结果分析

3.5本章小结

第4章水下声辐射快速预报方法研究

4.1边界元算法程序的验证

4.1.1表面声压系数矩阵[A][B]的验证

4.1.2辐射场声压系数矩阵[C][D]的验证

4.1.3辐射声功率的验证

4.1.4远场指向性的验证

4.2快速预报方法研究

4.2.1预计算与快速计算

4.2.2宽带的处理

4.3测点密度对辐射场的影响

4.3.1分析方法

4.3.2数值计算及结果分析

4.4表面声压对辐射场的贡献

4.4.1分析方法

4.4.2数值计算及结果分析

4.5表面振速相位对辐射场的贡献

4.5.1分析方法

4.5.2数值计算及结果分析

4.6表面振速均方值对辐射场的贡献

4.6.1分析方法

4.6.2数值计算及结果分析

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢